Проектирование фундаментов

1. Исходные данные
2. Определение нормативных и расчетных нагрузок
3. Проектирование фундамента мелкого заложения
3.1. Определение глубины заложения фундамента
3.2. Определение размеров подошвы фундамента
3.3. Проверка напряжений по подошве фундамента
3.4. Расчет основания по деформациям
3.5. Расчет фундаментa на устойчивость
4. Проектирование свайных фундаментов для сооружения.
4.1. Расчет несущей способности свай
4.2. Расчет осадки свайного фундамента.
Список литературы

Проектирование фундаментов

4,58
3000
2,88
3,2
5,08
0,339
11,3
28,5
5,70
3000
3,24
3,6
5,44
0,292
9,7
34,83
6,97
3000
3,6
4,0
5,8
0,257
8,6
41,86
8,37
3000
3,96
4,4
6,16
0,226
7,5
49,54
9,91
1500
4,32
4,8
6,52
0,207
6,9
57,92
11,58
1500
3. Величина сжимаемой толщи Hсж = 4,32 м.
4. Разбиваем всю сжимаемую толщу на 6 участков.
5. Определяем значение величины среднего давления на каждом участке.
6. Определяем величину осадки каждого слоя, затем получаем общую осадку, используя формулу (3.11). Расчет сводим в таблицу 5.
Таблица 5 – Расчет осадки
i
1
2
3
4
5
6
, тс/м2
32,5
25,0
17,7
12,9
9,7
7,5
, м
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
,тс/м2
3000
3000
3000
3000
3000
1500
, м
0,0062
0,0048
0,0034
0,0025
0,0019
0,0029
Пример расчета для i=1
0,0217 м = 2,17 см;
7. Проверяем полученные значения осадок по условию (3.5): 2,17см<8см, значит условие s  su, выполняется.
3.5. Расчет фундаментa на устойчивость
В данном курсовом проекте требуется оценить устойчивость второй (средней) опоры сооружения методом кругло-цилиндрической поверхности скольжения (метод КЦП).
Оценку проводим в следующей последовательности:
1. Назначаем, основываясь на данных о характеристиках грунтов основания (Таблица 1), возможный центр вращения цилиндрической поверхности скольжения – точка О, так же назначаем радиус данной поверхности – R.
2. Разбиваем отсек разрушения, образованный дневной поверхностью грунта и назначенной поверхностью скольжения, на столбцы так, чтобы их количество было не менее 10 шт. Для этого проводим нормали к дневной поверхности через характерные точки (пересечение дуги окружности с границами слоев, крайние точки фундамента).
3. Для расчетов воспользуемся формулой Карла Терцаге для оценки устойчивости:
, (3.12)
где bi – ширина i - го столбика грунта;
R – радиус поверхности скольжения;
- нагрузка, передаваемая на i - тый столбик грунта, от верхнего строения и собственного веса плиты фундамента;
- нагрузка, передаваемая по подошве i - того столбика грунта, от собственного веса грунта;
- гидростатическое давление грунтовых вод, передаваемое по подошве i - того столбика грунта; ; в данном курсовом проекте отсутствует, т.к. грунтовые воды в данном районе строительства отсутствуют;
- сцепление грунта по подошве i - го столбика;
- угол отклонения радиуса, проведенного через центра О подошвы i – того столбика от вертикали;
- угол внутреннего трения грунта по подошве i – того столбика грунта;
- момент активных сил.
В формуле (3.12) обозначим:
М*=;
М**=;
М***=.
4. Повторяем п.1, п.2, п.3, назначая новые возможные цилиндрические поверхности скольжения. Определяем поверхность сдвига, для которой коэффициент надежности K самый минимальный и сравниваем его величину с предельно допустимой, определяемой следующим соотношением:
, ( 3.13)
где - коэффициент надежности по классу капитальности возводимого сооружения (здания);
- коэффициент надежности по грунту.
Расчёт:
Назначаем радиус КЦП R1=20 м.
Разбиваем сектор обрушения на 14 столбиков.
Расчет сведем в таблицу 6.
Таблица 6 – Определение значений величин момента активных сил
№
qci
qгрi
bi
α
cos α
sinα
tg φi
ci
M i*
M i**
M i***
1
2,33
1,1
42
0,743
0,669
0,510
0,97
0
1,555
2
3,27
1,1
38
0,788
0,615
0,510
1,45
2,015
3
3,86
1,1
34
0,829
0,559
0,510
0
1,80
2,158
4
4,26
1,1
30
0,866
0,500
0,781
3,17
0
2,127
5
4,48
1,1
26
0,899
0,438
0,781
3,46
1,961
5
4,57
1,1
22
0,927
0,374
0,781
3,64
0
1,710
7
4,56
1,1
19
0,946
0,325
0,781
3,70
1,483
8
33,3
0,31
1,1
15
0,966
0,259
0,781
27,89
0,081
9
33,3
0,84
1,1
12
0,978
0,208
0,781
28,68
0,175
10
33,3
0,44
1,1
8
0,990
0,139
0,781
28,70
0,061
11
3,93
1,1
5
0,996
0,087
0,781
3,36
0,342
12
3,50
1,1
1
1,000
0,017
0,781
3,01
0,061
13
0
2,95
1,1
-2
0,999
-0,035
0,781
2,53
-0,103
14
2,26
1,1
-5
0,996
-0,087
0,510
1,26
-0,193
Σ=113,62
Σ=0
Σ= 13,43
, (3.14)
где - ширина фундамента;
- плечи сил Fv и Q .
Все значения активных сил, подставляемые в выражение (3.14), должны быть приведены к единицы длины в плоскости, т. к. расчет производим в условиях плоской задачи.
По формуле 3.14:
По формуле 3.12:
;
Сравниваем с допустимым:
- условие устойчивости выполнено.
Вывод: Расчеты показали, что Кmin=6,89, т.е. Кmin>Кпр , это означает, что сооружение устойчиво. В качестве альтернативы можно предложить устройство свайного фундамента.
4. Проектирование свайных фундаментов для сооружения.
4.1. Расчет несущей способности свай
Свайный фундамент состоит из двух частей:
сваи;
ростверк (объединяющий свайное поле для совместной работы).
По способу заглубления в грунт надлежит различать следующие виды свай:
а) забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;
б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;
в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;
г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;
д) винтовые.
В данном курсовом проекте будем рассматривать забивные сваи.
В данном курсовом проекте будем рассматривать висячие железобетонные сваи, призматической формы, квадратного поперечного сечения с заостренным концом. При этом размеры поперечного сечения принимаем 30 х 30 см, длину сваи 8 м.
Будем рассматривать свайный фундамент с низким ростверком, при этом глубину заложения принимаем равной d=2,2 м. Глубина заделки сваи lз, должна быть больше или равна поперечному размеру сваи ds=0,3 м. Принимаем lз=ds=0,3 м. В данной работе голова сваи жестко заделана в ростверк без выпусков арматуры.
Опора №2
1. Глубину заложения принимаем, как и для ФМЗ, d=2,2 м.
2. Определение минимальных размеров ростверка:
3. Расчет свай по несущей способности грунта.
Расчеты проводятся по двум группам предельных состояний:
1) по несущей способности (ведется на основное сочетание расчетных нагрузок);
2) по деформациям - осадкам от вертикальных нагрузок (на основное сочетание нормативных нагрузок).
Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:
, (4.1)
где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);
Fd — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;
— коэффициент надежности примем равным 1,25, т. к. будем считать, что несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом.
Несущую способность Fd, (тс), висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:
(4.2)
где c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый c = 1;
R ‑ расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (тс/м2), принимаемое по таблице (табл.1, [4]): R =430 тс/м2
A — площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая равной площади поперечного сечения сваи: A=0,09 м2;
u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м: u=0,6м;
fi — удельное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи (тс/м2), принимаемое по таблице (табл.2, [4]) в зависимости от глубины Hi и вида грунта на этой глубине ;
Hi — глубина погружения средней точки i-го однородного участка грунта;
hi — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
cR ,cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта: .
Определим fi и и результаты сведём в таблицу 7:
Таблица 7
hi м
Hi м
fi тс/м2
1
1,8
0,9
2
1,0
2,3
2,1
3
1,0
3,3
2,5
4
1,0
4,3
2,7
5
1,0
5,3
2,9
6
1,0
6,3
3,1
7
1,0
7,3
6,1
По формуле (4.2):
Из зависимости (4.1) следует
4. Определение предварительного количества свай. Будем полагать, что у нас отсутствуют изгибающие моменты, т. е. свайный фундамент работает в условиях центрального нагружения.
(4.3)
где - суммарная нагрузка на свайное поле;
- расчетная нагрузка на одну сваю;
где - вес верхнего строения;
- вес ростверка:
Тогда по формуле (4.3):

5. Расстановка свай проводится с учетом их взаимного влияния по условию:
расстояние между осями двух соседних свай:
где d – линейный размер поперечного сечения сваи;
расстояние от оси крайней сваи до обреза ростверка:
6. Уточнение размеров ростверка:
7. Проверка нагрузки на сваю. Выполняем проверку для полученного числа свай с учетом внецентренного нагружения. Тогда:
, (4.4)
где Mx, My — расчетные изгибающие моменты (тcм), относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;
n — число свай в фундаменте;
xi, yi — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;